ГОСТы
Строительный портал / ГОСТы / Отопление и газоснабжение / Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 54860-2011 Теплоснабжение зданий. Общие положения методики расчета энергопотребности и эффективности систем теплоснабжения Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 54860-2011 Теплоснабжение зданий. Общие положения методики расчета энергопотребности и эффективности систем теплоснабжения Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 54860-2011 |
Обозначение | Определение величины | Единица измерения |
Е | Энергия в общем понимании, включая невостребованную энергию и энергоносители (за исключением тепловой энергии, механической работы и вспомогательной [электрической] энергии, пересчитанных на первичный энергоноситель) | МДж*, ** |
е | Коэффициент издержек*** | - |
f | Фактор пересчета*** | - |
Q | Количество тепла | МДж* |
W | Дополнительная (электрическая) энергия, механическая работа | ; МДж* |
Коэффициент полезного действия*** | % | |
* Для всех величин, зависящих от времени (т.е. для расчетных периодов), вместо "секунд" (с) должны применяться "часы" (ч). | ||
** Единица измерения зависит как от вида энергоносителя, так и от способа обозначения данного количества. | ||
*** Коэффициенты и факторы - безразмерные величины. |
Таблица 2 - Индексы
Индекс | Значение | Индекс | Значение | Индекс | Значение |
аuх | Дополнительный | Н | Нагрев | rvd | С рекуперацией |
chp | Комбинированный | in | Вход в систему (установку) | st | Аккумулирование |
dis | Распределение, регулирование | Is | Потери | th | Термический, тепло- # |
el | Электрический | nrbl | Невозвратный | out | Выход из системы (установки) |
em | Потребление | ngеn | Внешние генерирующие устройства | W | Горячее водоснабжение |
gen | Создание, выработка | rbl | Возвратный | i, j, y, z | Обозначение рассматриваемой части установки подсистемы, системы |
4 Краткое описание методики
4.1 Тепловые потери системы инженерного оборудования для отопления помещений и систем горячего водоснабжения
Методика расчета тепловых потерь систем инженерного оборудования зданий для отопления помещений и горячего водоснабжения основывается на следующих подсистемах:
- энергетическая эффективность подсистемы подключения (зависимая, независимая), включая регулировку;
- энергетическая эффективность подсистемы распределения, включая регулировку;
- энергетическая эффективность подсистемы аккумулирования, включая регулировку;
- энергетическая эффективность подсистемы производства (выработки), включая регулировку (например, отопительные котлы, солнечные коллекторы, тепловые насосы, системы когенерации).
Примечание - Данная структура соответствует функциональному значению конструкций тепловых установок.
Необходимую для отопительных установок энергию рассчитывают отдельно: потребляемую тепловую энергию и вспомогательную энергию, необходимую для привода насосов, регулирующих клапанов.
Энергетическая эффективность производства (выработки) энергии подробно изложена в [4].
Сохранение, аккумуляция тепла (холода) могут входить в состав установки производства или рассматриваться отдельно как аккумулирующие устройства. В [9]-[15] аккумуляторы и аварийные (накопительные) емкости (баки) входят в состав установок производства энергии.
Входные и исходные данные для определенной подсистемы, в данном случае для подсистемы j системы i инженерного оборудования здания, показаны на рисунке 1.
Индекс j может быть заменен на индекс другой подсистемы (например, em - для передачи, dis - для распределения).
Расчет каждой части установки (подсистемы) должен включать в себя следующие данные:
- первичная энергия потребленного количества энергоносителя, полученная в части j;
- поставленная внешняя тепловая энергия в части j;
- получаемая внешняя энергия для генерации тепла и горячей воды и для передачи, например, в часть i ( , , ).
Выработка энергии в каждой части установки (системы):
- выработка (производство) тепла для передачи;
- электрическая энергия или комбинированная выработка (, ).
Тепловые потери установок в виде тепла и электрической энергии при выработке:
- дополнительная энергия в каждой части установки (подсистемы) , например, возвратные потери в части j установки (подсистемы) ;
- возвратные потери тепла в каждой части установки (подсистемы) , например, возвратные потери тепла в части j установки (системы) i .
Исходные данные должны выбираться по техническим характеристикам установок или обосновываться расчетами.
4.2 Период расчета
Целью расчета является оценка годового энергопотребления системами отопления и горячего водоснабжения.
Тепловые потери установок следует рассчитывать раздельно для каждого расчетного периода потребления. Средние значения должны соответствовать выбранным расчетным интервалам времени для каждого периода расчета. Расчеты могут выполняться по одной из следующих методик:
- расчет годовых данных для периода использования установок с помощью применения среднегодовых (средних за расчетный период) величин;
- разделение года на ряд расчетных периодов (например, месяцы, недели), проведение расчетов для каждого расчетного периода времени с применением величин, зависящих от периода времени, и суммирование результатов для всех периодов времени за весь период использования установок.
Для отапливаемого здания год должен быть поделен на два расчетных периода, на период отопления и межотопительный период.
4.3 Условия эксплуатации
Установленные в [4]-[15], [20] и [21] методики расчета могут быть использованы для определения:
- условий эксплуатации (например, количества потребления тепла, температура воды);
- общей энергетической эффективности (например, тепловые потери установок, возвратные потери) для заданных условий эксплуатации.
Различные части [4]-[15] и [20] содержат различные методики или указания для определения условий эксплуатации. Например, чтобы обеспечить необходимую точность расчетов, допускается выбирать методику или методики для определения условий эксплуатации, с тем чтобы получить данные влияния тепла различных генераторов тепла в установках с несколькими генераторами.
В качестве примера в приложении Б приведены результаты расчета энергопотребления и потери энергии.
Выбор методики, необходимые входные параметры для определения общей энергетической эффективности следует принимать в соответствии с [4]-[15], [20] и [21].
4.4 Коэффициенты общей энергетической эффективности системы или подсистемы отопления и горячего водоснабжения
Коэффициент полезного действия , %, подсистемы i определяют по формуле
, (1)
где - фактор пересчета (перевода) энергии; информация приведена в [16];
- ток, генерируемый подсистемой i, МДж;
- выделение тепла подсистемой i, МДж;
- поглощение тепла подсистемой i, МДж;
- дополнительная энергия подсистемы i, МДж.
Примечания
1 Q заменяют на Е, если первичная энергия подается (поглощается) не в форме тепла, а в виде топлива (например, выработка тепла в теплогенераторе).
2 Коэффициент полезного действия применяется для определения эффективности установок инженерного оборудования зданий. Коэффициенты полезного действия удобны при сравнении эффективности системы или подсистемы разных видов и/или разного размера.
В формуле (1) приведены общие возможные данные. Не все содержащиеся в ней параметры действительны для любого типа подсистемы. Фактор пересчета энергии, используемый в числителе, может быть таким же, как и в знаменателе.
Коэффициенты полезного действия могут быть рассчитаны отдельно для различных частей установок (например, КПД распределения, передачи, создания). Общий коэффициент полезного действия всей установки должен быть рассчитан сложением тепловых потерь установок и потребления энергии всех частей установки.
Другой способ выразить общую энергетическую эффективность установки или части установки возможен через коэффициенты потерь энергии.
5 Расчет энергопотребности систем теплоснабжения и горячего водоснабжения
5.1 Общие положения
Расчет энергопотребности систем теплоснабжения и горячего водоснабжения здания следует выполнять, начиная от систем энергопотребления к источнику (т.е. от энергопотребления здания до установки производства тепла с учетом невостребованной энергии), подразделяя систему теплоснабжения на отдельные подсистемы (потребления, распределения, транспортировку и выработку тепла).
Для определения требуемой подачи тепла для конкретной подсистемы i рассчитывают тепловые потери установки и прибавляют их к ее полезно потребленному теплу.
Дополнительную энергию (при использовании), увеличивающую энергетические потери частей установки, рассчитывают отдельно.
Существуют различия между частями тепловых потерь системы, которые являются возвратными для отопления помещения, и частями тепловых потерь, которые возвращаются непосредственно в подсистему и вычитаются из тепловых потерь системы.
Вторичные тепловые энергоресурсы в процессе отопления помещения являются входными величинами для объема возвратных тепловых потерь при нагреве помещения согласно [16] , [22] и [23]. Использованные вторичные тепловые энергоресурсы вычитают из энергопотребления (всесторонний подход) либо из использования энергии (упрощенный подход).
Использование вторичных тепловых энергоресурсов подсистем (рекуперация) улучшает результаты соответствующих подсистем. Например, использование тепла дымовых газов для подогрева воздуха, поддерживающего горение; тепла воды, охлаждающей циркуляционные насосы для нагрева холодной воды системы горячего водоснабжения (далее - ГВС).
Примечания
1 Пример системы, отдающей тепло для нагрева помещения, приведен в приложении А.
2 Расчетный лист примера системы отопления помещения с электрическим подогревом воды в системе горячего водоснабжения приведен в приложении Б. Расчетный лист обобщает результаты расчета для отдельных подсистем без оценки применяемой (например, подробной или упрощенной) методики расчета тепловых потерь подсистем.
5.2 Энергетические потери систем отопления
Тепловые потери систем отопления без учета энергетических потерь генератора , МДж, рассчитывают по формуле
, (2)
где - тепловые потери при передаче тепла в соответствии с [4], МДж;
- тепловые потери при распределении тепла в соответствии с [5], МДж.
Вторичные тепловые энергоресурсы систем отопления без относящихся к зданию генерирующих устройств , МДж, рассчитывают по формуле
, (3)
где - возвратные тепловые ресурсы при передаче тепла в соответствии с [24] и [4], МДж;
- возвратные тепловые ресурсы при распределении тепла в соответствии с [5], МДж.
Дополнительная энергия систем отопления без относящихся к зданию генерирующих устройств , МДж, рассчитывается по формуле
, (4)
где - дополнительная энергия передачи тепла в соответствии с [24] и [4], МДж;
- дополнительная энергия распределения тепла в соответствии с [5], МДж.
5.3 Энергетические потери систем горячего водоснабжения
5.3.1 Тепловые потери систем горячего водоснабжения без учета энергетических потерь генератора , МДж, рассчитывают по формуле
, (5)
- тепловые потери при передаче тепла (например, плохо работающий водопроводный кран), МДж;
- тепловые потери подсистем распределения горячего водоснабжения в соответствии с [21] и [7], МДж.
Примечание - Система аккумуляции может входить в состав источника генерации тепла или рассматривается отдельно как аккумулятор. В [9]-[16] аккумуляторы и резервные (аварийные) емкости (баки) входят в подсистему производства тепла.
5.3.2 Вторичные тепловые энергоресурсы систем горячего водоснабжения без относящихся к зданию генерирующих устройств , МДж, рассчитывают по формуле
, (6)
где - вторичные тепловые энергоресурсы подсистем приготовления горячей воды, МДж;
- вторичные тепловые энергоресурсы подсистем распределения горячего водоснабжения в соответствии с [21] и [7], МДж.
5.3.3 Дополнительную энергию систем горячего водоснабжения без относящихся к зданию генерирующих устройств , МДж, рассчитывают по формуле
, (7)
- дополнительная энергия передачи горячего водоснабжения, МДж;
- дополнительная энергия распределения горячего водоснабжения в соответствии с [21] и [7], МДж.
5.4 Методики расчета энергетических потерь систем
5.4.1 В качестве примера приведена последовательность расчета энергетических потерь систем отопления и горячего водоснабжения в здании. Результаты расчета приведены в таблице Б.2.
Энергетические потери для каждой части установки.
Расчет выполняется по трем ступеням:
1-я ступень - тепловые потери систем при передаче тепла (ступень А - для систем отопления и ступень D - для горячего водоснабжения) для каждой подсистемы расчет выполняется в соответствии с общим описанием в 5.2 и 5.3;
2-я ступень - дополнительная энергия (ступень В - для систем отопления и ступень Е - для горячего водоснабжения) для каждой подсистемы расчет выполняется в соответствии с общим описанием в 5.2 и 5.3;
3-я ступень - возвратные потери тепла (ступень С - для систем отопления и ступень F - для горячего водоснабжения) для каждой подсистемы рассматриваются потребности в дополнительной энергии.
Расчет выполняется в соответствии с функциональным назначением подсистем, нагрузкой, напорами и всеми данными, которые применяют независимо от периодов расчета (или усредненные). Методика расчета должна основываться на физическом (подробном или упрощенном) или корреляционном методе, причем учитывают течение времени для изменяющихся величин (например, температура окружающей среды, температурный график, нагрузка генераторов).
Для разных подсистем систем отопления могут использоваться различные ступени проведения расчетов.
Если не предъявляются дополнительные требования, то приведенные методы расчета ступени С или D применимы к новым зданиям с готовыми и рассчитанными системами отопления помещений и горячего водоснабжения, а также к смонтированным в существующих зданиях новым системам горячего водоснабжения.
Существенно, что результаты установленных исходных величин соответствуют следующим подсистемам:
- потребление энергии;
- выработка энергии;
- тепловые потери установок;
- возвратные тепловые потери установок (вторичные энергоресурсы);
- использование дополнительной энергии (электричество для приводов, автоматики, регулирования и т.д.).
Существенно и то, что показатели производительности подсистем структуры, описанной в настоящем стандарте, должны работать так, чтобы обеспечить соотношение расчетов следующих подсистем и развитие структуры в целом.
Приложение А
(справочное)
Пример передачи тепла для отопления помещения
Потребление тепла зависит от следующих факторов, влияющих на теплопотери наружных ограждений здания:
- неравномерного распределения температуры в каждой термической зоне;
- повышения теплоизоляции наружных стен, размещения отопительных приборов у наружных стен;
- схемы регулирования (например, местная в индивидуальном тепловом пункте, центральная, на источнике).
Влияние данных факторов на использование энергии зависит от:
- вида поверхностей нагрева (например, радиаторов, конвекторов, систем в полу, стенах, покрытии);
- вида регулирования расхода тепла помещения или зоны (например, вентиля термостата, пропорционального регулятора, пропорционально-интегрального регулятора, изодромного регулятора) и их инерционности (способности к снижению колебаний температуры).
В соответствии с общей структурой расчетов энергетических потерь установок характеристики передачи тепла должны быть приведены с учетом:
- способа передачи тепла (радиационный, конвективный);
- способа системы регулирования (включая приспособления оптимизации);
- свойств поверхностей нагрева (эффективность передачи тепла).
Учитывая такие входные данные, данные расчета передачи тепла должны охватывать:
- тепловые потери передачи тепла;
- потребление полезной энергии передачи тепла;
- использование вторичных энергоресурсов.
Результаты должны основываться на величинах, представленных в табличной форме или рассчитанных подробным методом (см. [4]).
Приложение Б
(справочное)
Пример расчета отопительной системы с электрической системой подготовки горячего водоснабжения
Таблица Б.1
Условное обозначение систем | Энергопотребление, | |||||
Обогрев помещений | Горячее водоснабжение | |||||
А | В | C | D | Е | F | |
L1 | 100 | 20 |
Таблица Б.2
Условное обозначение | Потери энергии, | |||||
Система отопления помещений L1 = 100 ч | Горячее водоснабжение L1 = 20 ч | |||||
А | В | С | D | Е | F | |
Тепловые потери | Дополнительная энергия | Возвратные тепловые потери | Тепловые потери | Дополнительная энергия | Возвратные тепловые потери | |
L2 - потребление (i = em) | 10 | 2 | 2 | 0 | 0 | 0 |
L3 - входное потребление (L1 + L2) | 110 | 2 | 2 | 20 | 0 | 0 |
L4 - регулирование (i = dis) | 15 | 4 | 10 | 10 | 2 | 5 |
L5 - входное регулирование (L3 + L4) | 125 | 6 | 12 | 30 | 2 | 5 |
L6 - сохранение (i = st) | - | 0 | 0 | 10 | 1 | 6 |
L7 - входное сохранение (L5 + L6) | 125 | 6 | 12 | 40 | 3 | 11 |
L8 - создание (i = gеn) | 25 | 1 | 16 | 0 | 0 | 0 |
L9 - входное создание (L7 + L8) | 150 | 7 | 28 | 40 | 3 | 11 |
Примечание - L1 - расчетный период. |
Приложение В
(справочное)
Разделение или разветвление системы теплоснабжения
Конструкция теплоснабжающей установки может быть комплексной и, например, охватывать:
- многие виды теплообменников/поверхностей нагрева для обогрева многих зон;
- более чем один вид нагрузки, который подключен к той же системе теплоснабжения (обычно отопление помещения и горячее водоснабжение должны снабжаться от одного генератора тепла);
- более чем один генератор тепла;
- более чем один накопитель (аккумулятор);
- использование различных видов энергии в одном здании (например, органическое топливо, электроэнергия, солнечные батареи).
Применение общих средних величин является нецелесообразным или может привести к значительным ошибкам.
В общем случае эти проблемы могут быть решены, если действия соответствуют конструкции отопительной установки.
Пример 1 - Обычное распределение, снабжающее многие системы потребления. Энергопотребление и тепловые потери каждой системы потребления могут быть рассчитаны отдельно и затем суммированы, чтобы определить количество тепла для распределения.
Пример 2 - Выработка тепла, распределяемого для отопления помещений и в систему горячего водоснабжения. Потребление тепла для систем отопления помещений и горячего водоснабжения (и/или систему аккумуляции) может быть рассчитано отдельно и затем суммировано, чтобы определить количество тепла, вырабатываемое генератором.
Пример 3 - Обычное производство обеспечивается несколькими генераторами тепла. Потребление произведенной энергии может быть рассчитано и разделено на несколько генераторов тепла (данное разделение может меняться в зависимости от распределения нагрузки).
Приложение Г
(рекомендуемое)
Потенциал тепловой энергии, получаемой при сжигании различных видов топлива, и эквивалент эмиссии диоксида углерода
Таблица Г.1 - Коэффициенты преобразования топлива в энергию и эквивалент диоксида углерода
Вид топлива | Единица измерения | Содержание энергии | Эквивалент , | |
МДж | ||||
Природный газ | 36,3 | 10,0 | 205 | |
Пропан/бутан | кг | 46,0 | 12,8 | 205 |
Нефть | л | 42,0 | 10,0 | 266 |
Мазут | л | 40,2 | 11,2 | 282 |
Уголь | кг | 29,2 | 8,1 | 343 |
Бурый уголь | кг | 8,4 | 2,3 | 360 |
Древесина | 7800 | 2150 | 331 | |
Электроэнергия | 3,6 | 1,0 | - |
Библиография
[1] N 384-ФЗ | Федеральный закон от 30.12.2009 N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" |
[2] N 261-ФЗ | Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" |
[3] EPBD | Директива 2010/31/ЕС Европейского парламента и Совета Европейского союза от 19 мая 2010 г. по энергетической эффективности зданий |
[4] ЕН 15316-2-1-2007 | Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и энергоэффективности системы теплоснабжения. Городские теплогенерирующие системы |
[5] ЕН 15316-2-3-2007 | Системы теплоснабжения зданий. Методика расчета энергопотребности и энергоэффективности системы теплоснабжения. Городские теплогенерирующие распределительные системы |
[6] ЕН 15316-3-1-2007 | Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы горячего водоснабжения. Качественные и количественные показатели |
[7] ЕН 15316-3-2-2008 | Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы горячего водоснабжения (системы распределения горячей воды) |
[8] ЕН 15316-3-3-2007 | Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы горячего водоснабжения. Производство горячей воды |
[9] ЕН 15316-4-1-2008 | Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и эффективности систем теплоснабжения с установками теплогенерации с топливосжигающими котлами |
[10] ЕН 15316-4-2-2008 | Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы теплогенерации с тепловыми насосами |
[11] ЕН 15316-4-3-2007 | Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы теплогенерации с солнечными установками |
[12] ЕН 15316-4-4-2007 | Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы теплоснабжения с комбинированными установками теплогенерации, интегрированные в здании (когенерация) |
[13] ЕН 15316-4-5-2007 | Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы теплоснабжения с установками теплогенерации централизованных систем теплоснабжения |
[14] ЕН 15316-4-6-2007 | Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы теплоснабжения с установками теплогенерации с фотоэлектрическими системами |
[15] ЕН 15316-4-7-2009 | Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы теплоснабжения. Системы теплогенерации, системы сгорания биомассы |
[16] ЕН 15603-2008 | Энергетическая характеристика зданий. Использование полной энергии и определение энергетических показателей. (Методика разработки энергетических паспортов) |
[17] ИСО 13602-1-2002 | Энергосистемы технические. Методы анализа. Часть 1. Общие положения |
[18] ИСО 13602-2-2006 | Энергосистемы технические. Методы анализа. Часть 2. Взвешивание и агрегирование энергетического обеспечения |
[19] ЕН ИСО 9488-2000 | Солнечная энергия. Словарь |
[20] СНиП II-35-76 | Котельные установки |
[21] СНиП 2.04.07-86 | Тепловые сети |
[22] СП 60.13330.2010 | СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование |
[23] ЕН ИСО 13790-2008 | Энергетические характеристики зданий. Расчет потребности теплоты для отопления помещений |
[24] СНиП II-58-75 | Правила проектирования тепловых электрических станций. Нормы проектирования. Электростанции тепловые |